SOLDADURA ROBOTIZADA POR EL PROCESSO MAGtem2/Proceedings_TEMM2018/data/papers/7359.pdf ·...

Proceedings of the 1st Iberic Conference on Theoretical and Experimental Mechanics and Materials /

11th National Congress on Experimental Mechanics. Porto/Portugal 4-7 November 2018.

Ed. J.F. Silva Gomes. INEGI/FEUP (2018); ISBN: 978-989-20-8771-9; pp. 1001-1012.

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PAPER REF: 7359

SOLDADURA ROBOTIZADA POR EL PROCESSO MAG Marco Stipkovic Filho1,2(*), Everaldo Vitor1, Marco Antonio Stipkovic2

1Escola de Engenharia Mackenzie da Universidade Presbiteriana Mackenzie 2Escola Politécnica da U. São Paulo, Rua da Consolação, 896 - CEP. 01302-907 - São Paulo - SP. - Brasil 3Escola de Engenharia Maua do Instituto Maua de Tecnologia, Prensas Schuler S.A., Av. Facundes de Oliveira, 1515 - Diadema - São Paulo - Brasil - CEP. 09950-904 (*)

Email: [email protected] RUSUMEN

La propuesta de este trabajo es proporcionar a los trabajadores del área de soldadura una base de conocimiento y orientación para su aplicación en la parametrización y en la realización de soldaduras robotizadas por el proceso MAG. Con el fin de obtener cordones de soldadura con aspectos geométricos aceptables de acuerdo con los criterios de calidad exigidos, proporcionando una condición óptima para el proceso.

Frente a estos hechos, la expectativa del estúdio es determinar la menjor configuración de los parâmetros de soldadura: tensión, velocidade de soldadura, intensidade de corriente, velocidade de alimentación, caudal del gas de proteción y la energia teórica de proteción.

Se realizo en este estúdio, la unión de chapas de acero con bajo contenido de carbono, posición horizontal en juntas de ángulo y metal de adición AWS ER70S-6.

Palabras-clave: Parâmetros de soldadura, geometria del cordón de soldadura, processo MAG.

METODOLOGIA

Introducción

El objetivo final de este trabajo es estudiar el aspecto geométrico de cordones de soldadura realizado por el processo MAG robotizado en la unión de juntas en ángulo de chapas de acero de bajo contenido de carbono y optando por la elección del mejor parâmetro de soldadura a fin de obtener un cordón de calidad dimensional y visual com verificación de la garganta teórica, la pierna horizontal y vertical. Este estúdio debe servir de orientación operacional para trabajadores que actúan en celdas de soldadura robotizada. El brazo robotico utilizado en el proyecto es el KR125 de Kuka Roboter.

Materiales, equipos y métodos

Las soldaduras se realizaron en chapas de acero com bajo contenido de carbono SAE 1020 (Norma J403)

Tabla 1 - Composição química do metal de base %.

Fonte: Belgo - 2015

C Mn P máx. S 0,18 - 0,23 0,30 - 0,60 0,03 0,05

Track-G: Industrial Engineering and Management

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Antes de la realización de cada cordón de soldadura los cuerpos de prueba fueron sometidos a una limpeza de la superficie con la finalidade de remoción de resíduos de oleo e impurezas y un lijado mecánico con una máquina portatil para mejorar el contacto electrico. Se utilizo en todos los experimentos soldados, el mismo material de adición en un solo carrete de 18 Kg de alambre de soldadura. El consumible utilizado fue el alambre macizo AWS ER70S-6 com 1,0 mm de diametro en la norma A 5.18 cuyos datos de composión química de describen en la Tabla 2.

El gas de protección utilizado fue una mezcla de 85% de aire y 15% de CO2 con una caudal de 7 litros por minuto (l / min). Para verificar la cantidad real caudal del gas protección en la salida de la boquilha de la antorcha, em esse processo robotizado, se ejecutó um programa para el movimento de la antorcha con giro de aproximadamente 180°, utilizando un fluxometro.

Tabla 2 - composición química de metal de adición %.

Materiais C Si Mn P S Cu

AWS ER70S-6 0,07- 0,015 0,8 - 1,15 1,4 - 1,85 0,025

Máx.

0,035

Máx.

0,5

Máx.

Fonte: Arcelormittal - 2015

Para el posicionamento de las chapas, con la finalidade de fijar y garantizar la formación de la junta de ángulo T se elaboró um dispositivo em acero conteniendo una base y 4 bloques em ángulos de 45°, conforme a la Figura 1.

Fig. 1 - Dispositivo de soldagem Para el posicionamento de las chapas.

Fig. 2 - Montagem do corpo de prova no dispositivo de solda.

Proceedings TEMM2018 / CNME2018

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Para los montajes de las piezas a soldar, se utilizo el dispositivo desarrollado, optando por fijarlas a través de grapas, como se muestra en la Figura 2. Todos los cordones se realizaron en una misma posición plana, con la artocha colocada en un ángulo de 45º, entre las dos chapas y 90° en relación al eje de la soldadura. La distancia de la boquilla de contacto pieza y la longitud del alambre oscilaron entre 15 - 20 mm, conforme a la programación,siendo estas distancias indicadas en las tablas de los resultados de los cordones y, las soldaduras aplicadas solamente de un lado de la junta conforme ilustración en la Figura 3. Las SOLDAS se realizaron en los LABORATORIOS DE SOLDADURA DE LA ESCUELA DE INGENIERÍA MACKENZIE. Para garantizar los parámetos de soldadura DBCP (distancia-pico-contacto-pieza), la longitud del eléctrodo y na velocidad de soldadura, se utilizo un brazo robotico KUKA, modelo ARC 5 de Kuka Roboter em conjunto con seis grados de libertad, una antorcha de soldadura Abicor Binzel modelo Abirob A 360 con sensor anti-colisión. Se utilizó de fuente de potencia inversora Fronius Trans Plus Synergic 4000 totalmente digital, sinergica, tensión constante y capacidad de 400 A. La polaridad del eléctrodo positivo, utilizando un alimentador de alambre Fronius modelo 1500-22 com 4 rodilhos y capacidad de haste 22 m / min. La figura 4 muestra los equipos utilizados en el proceso MAG robotizado. En el montaje del cuerpo de prueba en el dispositivo se realizó la ejecución de la programación del robo, con sus respectivas simulaciones con la finalidad de realizar la trayectoria estipulada para los ensayos en los cuerpos de prueba, que contiene los movimientos de aproximación, desplazamiento en la antorcha sobre la junta, el movimiento de retroceso y el movimiento de desplazamiento final.

Fig. 3 - Posicionamento da tocha de soldagem.


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Fig, 4 - Equipamento de soldagem robotizado MAG

Las condiciones de soldadura se seleccionaron de modo que la soldadura aplicada cumplía los requisitos de una junta soldada. Se denomina aquí, como un cordón de soldadura que atiende los requisitos bajo el aspecto técnico y operacional, aquel que represente uma buena apariencia, arco electrico más estable y libre de discontinuidades superficiales. La Tabla 3 presenta las condiciones de soldadura propuesta para este estudio.

Tabla 3 - Condições de soldagens propostas para o estudo.

Corpo de prova Corrente (A) Tensão (V)

Velocidade de Soldagem. (mm/s)

Velocidade de alimentação do arame

(m/min)

1 164 23,3 8,9 8

2 164 23,3 8,9 8

3 194 24,5 7,3 9,9

4 220 27,2 5 12,5

5 236 27,2 7,3 12,5

6 245 28,9 6,7 14,4

7 280 30,4 6,7 17,6

8 200 24,8 5 10,2

9 250 28,9 5 14,4

10 280 30,4 5 17,6

11 280 30,3 10 17,6

12 315 31 10 21

13 315 31 6,7 21

14 330 31 5 21

15 250 28,9 3 14,4

16 285 30,3 4 17,6

17 315 31 4 21

18 315 30,5 6,7 21

19 320 31,1 6,7 22

Fonte: Os próprios autores


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MATERIAL, EQUIPOS Y METODOS DE MEDICIÓN.

Se retiro de cada cuerpo de prueba una sección transversal a la línea de soldadura de aproximadamente 10 mm de ancho, respetando un espaciamiento mínimo de tambien 10 mm entre el inicio y el final del cordón de soldadura com la finalidad de ejecución de un procedimiento práctico en la verificación de los aspectos geométricos de los cordones como garganta teórica, pierna horizontal y vertical como propuesto. Para esta práctica se utilizo un proyector de perfil DIMESS modelo 400.400 con lente objetiva estándar con ampliación de 10 X, espejo semi -reflector, un error de aumento de las objetivas menor que 0,08%, con una unidad de lectura digital con resolución de 0,001 mm incorporada en el lateral del cuerpo del aparato, un anteparo goniométrico de 360º digital, con diametro de 300 mm, con líneas de coordenadas, iluminación episcopica y díascopica.

Máxima de 300,000xe, una resolución nominal de 3 mm, que posee también detectores de electrones secundarios y capacidad de proporcionar información sobre la topografía de electrones retroexpuestos que proporcionan buena noción composicional de acuerdo con el número de elementos atomicos.

Fig. 5 - Imagem do projetor de perfil utilizado.


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EI MICROSCOPIO TRABAJO acoplado a un espectometro de rayos X por dispersión en energía de la empresa THERMOSCINTIFI con software de NORON que posibilta el análisis químico de los puntos y de las áreas de la región de interés. Para el procedimiento de los análisis de los cuerpos de prueba, la región de los mismos fue sometida a una metalización con una fina capa de oro con la finalidad de mejorar la conductividad eléctrica para la realización de los ensayos.

Las Figuras 6,7 y 8 muestram los resultados de las micrografías.

Para la caracterización de la microestructura en todos los cuerpos de prueba se emplearon los seguientes equipos: Politriz Pantec modelo POPIPAN-2, prensa de embutido en caliente en baquelita Struers y una esmeriladora de corte. Las muestras fueron cortadas y eimbutidas en baquelita en caliente, en la secuencia fue fijada con lijas de grana 240, 320, 400, 600 y 1200 en este orden y posteriormente pulida con pasta de diamante de granulación de1 micrón. La solución para el ataque químico fue 2% de Nital fue colocada en vidrio de reloj a fin de realizar el ataque con la permanencia de aproximadamente en alcohol y secas con chorro de aire seco.

Fig. 6 - Microestrutura do corpo de prova 7 com aumento de 30x, com grãos colunares do

codão e a linha de fusão e zona de crescimento do grão.

Fig. 7 - Microestrutura do corpo de prova 11 com aumento de 100x, alveolos de perlita envolvidos por ferritas.


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Fig. 8 - Microestrutura do corpo de prova 7 com aumento de 30x, com graos de ferritas e perlita deformada.

RESULTADOS Y DISCUSIONES

Se espera con este estudio encontrar en los resultados y analizar un valor diferencial significativo en la cuestión de la calidad del proceso de soldadura robotizada MAG y ofrecer a los profesionales y especialistas en celdas de soldadura elegir los mejores parámetros aplicables en situaciones reales de procesamiento.

RESULTADOS DEL ASPECTO VISUAL

La verificación de los análisis al aspecto visual de todos los cordones de soldadura ejecutados por el proceso MAG robotizado en este estudio, las mismas quedaron exentas de posibles discontinuidades del tipo: inclusión, mordeduras, falta de penetración, porosidades y grietas. Se garantizó a estos cordones una calidad de soldadura libre de defectos.

RESULTADOS DE LOS ASPECTOS GEOMETRICOS

El resultado de los análisis de los aspectos geométricos de los cordones de soldadura, como la garganta teórica, la pierna horizontal y vertical, se obtuvieron a través del equipo proyector de perfil como se mencionó anteriormente y que pueden observarse en la Tabla 4. Valores obtenidos a través de cortes de las secciones de los cuerpos de prueba sometidos a los análisis geométricos.


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Tabla 4 - Valores dimensionais dos cordões de solda.

Corpo de prova Garganta Teórica Perna Horizontal Perna Vertical

1 2,35 4,76 5,4 2 2,94 4,04 4,32 3 3,10 3,79 5,00 4 4,05 5,20 6,50 5 4,12 5,19 6,79 6 4,04 4,81 7,48 7 4,99 7,01 7,13 8 3,56 4,54 5,76 9 4,42 6,22 6,30 10 4,83 6,40 7,38 11 4,75 6,20 7,40 12 4,86 6,11 8,01 13 4,48 5,72 7,20 14 4,90 6,51 7,44 15 4,27 6,20 5,90 16 4,56 5,60 7,86 17 4,49 5,50 7,80 18 5,22 6,90 8,00 19 5,13 7,20 7,30

RESULTADOS DE ENERGÍA DE SOLDADURA

Los resultados de energía soldadura fueron obtenidos dependieron directamente de los parámetros eléctricos de tensión y corriente incluyendo también parámetros de velocidades de soldadura aliados al rendimiento térmico del processo. La Tabla 5 muestra los valores de energía de soldadura un factor importante en este trabajo fue la verificación por el método comparativo en el resultado del valor de la energía de soldadura em relación a la geometría del cordón de soldadura en lo que se refiere a las dimensiones de la pierna vertical y horizontal y en el aspecto visual de la penetración de la raíz.

Tabla 5 - Valores de energia de soldagem.

Corpo de prova Heat- Input (J/ mm)

1 429 2 429 3 651 4 1197 5 879 6 1057 7 1270 8 992 9 1445 10 1702 11 848 12 977 13 1457 14 2046 15 2408 16 2159 17 2441 18 1434 19 1485


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En comparación com los valores dimensionales próximos con dos cuerpos de prueba. El cuebro de prueba numero 2 en relación al cuerpo de prueba numeroe 3, el cuerpo de prueba numero 2 presentó una diferencia en el valor del resultado del heat-input de aproximadamente 51% menos respecto al otro cuerpo de prueba. Se verificó también por el método comparativo citado arriba, en las mismas condiciones prácticas aplicadas, referente a los cuerpos de prueba 5 y 4. El cuerpo de prueba 5 presentó una diferencia en el valor del resultado del head-input de aproximadamente 36% menos con relación al mismo, outro cuerpo de prueba. El cuerpo de prueba 12 presentó una diferencia en el valor del head-input del aproximadamente el 74% a menos que el cuerpo de prueba 10. Estas diferencias presentadas en los resultados comentados están directamente relacionadas con el valor final del costo de soldadura en lo que se refiere a los valores gastos de energía eléctrica.

Tabla 6 - Valores de energia de soldagem e dimensões dos cordões de solda.

Corpo de prova Garganta Teórica Perna Horizontal Perna Vertical

1 2,35 4,76 5,4

2 2,94 4,04 4,32

3 3,10 3,79 5,00

4 4,05 5,20 6.50

5 4,12 5,19 6,79

6 4,04 4,81 7,48

7 4,99 7,01 7,13

8 3,56 4.54 5,76

9 4,42 6,22 6,30

10 4,83 6,40 7,38

11 4,75 6,20 7,40

12 4,86 6,11 8,01

13 4,48 5,72 7,20

14 4,90 6,51 7,44

15 4,27 6,20 5,90

16 4,56 5,60 7,86

17 4,49 5,50 7,80

18 5,22 6,90 8,00

19 5.13 7,20 7,30

RESULTADOS DE LAS MICROGRAFIAS DE LOS CORDONES DE SOLDADURA CON SUS PARAMETROS DE SOLDADURA

Con el objetivo de una identificación del aspecto visual de las micrografías de los cordones de soldadura con sus respectivos parámetros de soldadura, se optó por ese tipo de reprentación de resultados en forma de tablas (observe Tablas 7 y 8) referentes a los cuerpos de prueba los cuerpos de prueba 1 y 4 incluidas para dar uma idea de los diferentes ensayos realizados). Los valores de estas tablas referenciadas fueron obtenidos a través de la programación de la fuente Fronius TPS 4000.


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Tabla 7 - Parâmetros referentes ao corpo de prova 1.

Parâmetros de soldagem Valor e Unidades

Fig. 18 - Corpo de prova 1.

Corrente 164 A

Tensão 23,3 V

Diâmetro do arame 1 mm

Velocidade de soldagem 8,9 mm/s

Gás de proteção 85 % Ar e 15% CO2

Vazão dos Gases 7 l/min.

Velocidade de alimentação 8,0 m/min.

DBCP 20 mm

Stick-out 15 m Geometria

Ângulo e Inclinação da tocha 90° e 0° Heat input - 429 J/mm

Comprimento do Arco 0 Garg. Teórica - 2,35 mm

Indutância 0 Perna Horiz. - 4,76 mm

Processo MIG/MAG Synergic-Pulse Perna Vert. - 5,40 mm

Tabla 8 - Parâmetros referentes ao corpo de prova 4.

Parâmetros de soldagem Valores / Unidades

Fig. 21 - corpo de prova 4.

Corrente 220 A

Tensão 27,2 V

Diâmetro do arame 1 mm

Velocidade de soldagem 5 mm/s

Gás de proteção 85 % Ar e 15% CO2

Vazão dos Gases 7 l/min.

Velocidade de alimentação 12,5 m/min.

DBCP 20 mm

Stick-out 15 mm Geometria

Ângulo e Inclinação da tocha 90° e 0° Heat input - 1197 J/mm

Comprimento do Arco 0 Garg. Teórica - 4,05 mm

Indutância 0 Perna Horiz. - 5,20 mm

Processo MIG/MAG Synergic-Pulse Perna Vert. - 6,50 mm


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CONCLUSIÓN

Con la realización de este estudio del processo de soldadura robotizada MAG referente a los aspectos geométricos de los cordones de soldadura y con el objetivo de sevir de orientación operacional a los profesionales que trabajan con celdas de soldadura, se pueden extraer las siguientes conclusiones: - El calculo de la energía de soldadura es una herramienta importante en la optimización del proceso de soldadura robotizada MAG, pudiendo facilmente ser aplicada en una celda de soldadura, con el objetivo de ganancia en aumento de productividad en la ejecución de cordones de soldadura, manteniéndose la misma geometría dimensional de los cordones.

- Los parámetros de soldadura utilizados en la realización de cordones de soldadura en los cuerpos de pruebas: 2, 5,7, 9, 11, 12, 13, 14, 15, 18 y 19 presentaron aspectos geométricos con exelentes caracteristicas de penetración y dimensional, possibilitando la utilización de estos resultados en la aplicación práctica en una celda de soldadura robotizada. - Por el método coparativo de la dimensión geométrica del cordón de soldadura es posible producirla empleando una menor cantidad de energía de soldadura.

- Es notable en un proceso de soldadura robotizado MAG la economia del gas de protección, verificada a través de una programación específica, el real caudal de los gases de protección aferido en las boquillas de la antorcha con auxilio del aparato fluxometro.

- definición de los mejores parámetros de soldadura es un factor de gran importancia en el proceso de soldadura MAG debido a que los resultados influyen directamente en los aspectos geométricos de los cordones. - El conocimiento de la programación del robo y de la fuente de soldadura aplicados en la soldadura robotizada MAG son complejos debido a la existencia de innumerables variables del proceso.

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